基于快速非奇异终端滑模的姿态控制技术

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1、第46卷第2期2016年3月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．46No．2M盯．2016基于快速非奇异终端滑模的姿态控制技术王贺1，韩治国2(1．武汉科技大学，湖北武汉430081；2．西北工业大学航天学院，陕西西安710072)摘要：针对存在执行器故障与外部干扰的刚体飞行器姿态控制系统，提出一种基于快速非奇异终端滑模(NS．rrSM)的姿态容错控制方法。控制方法不仅保证姿态机动过程的快速性，而且避免了传统的终端滑模面所带来的奇异性问题。采用二阶鲁棒精确微分器估计执行器故障与外部干扰，采用快速非奇异终端滑模技术设计姿态容错控制律，根据

2、Lyapunov稳定性理论证明了方法的稳定性。稳定性分析表明，通过引入新型快速非奇异终端滑模。控制器使得闭环系统能够快速收敛到滑模面的微小邻域内，进而收敛到系统平衡点的微小邻域内，并且系统对外部干扰具有较强的鲁棒性。数值仿真结果验证了方法在姿态跟踪控制中的有效性。关键词：快速非奇异终端滑模；执行器故障；有限时间收敛；姿态控制中图分类号：0242文献标识码：A文章编号：1671．654X(2016)02．0088．05AttitudeControlTechnologyBasedonNon-SingularFastTerminalSlidingModeWANGHel，HANZhi．g

3、u02(1．WuhanUniversityofScienceTechnology，Wuhan430081，China；2．SchoolofAstronautics，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)Abstract：Anovelattitudetolerantcontrollawbasedonnon—singularfastterminalslidingmode(NS．rTSM)isinvestigatedforarigidspacecraft．inwhichtheactuatorfaultandexter

4、naldisturbancesareex—plicitlyconsideredsimultaneously．Specifically，inthisproposedcontrolscheme，thefastconvergenceofspacecraftattitudetrackingisachieved，andalsosingularityCanbeavoidedincomparisonwithtraditionalterminalslidingmode．Firstly，thesecond-orderdifferentiatorproposedfortheestimateofthe

5、actuatorfaultandexternaldisturbances，Then，inthedesignofattitudetolerantcontrol，anon．singularfasttermi．nalslidingmodehasbeenintegrated，Last，finitetimestabilityhasbeenanalyzedbytheLyapunovtheo．rem．Thestabilityanalysisshowsthatthecontrollerensurestheclosed．100psystemCallconvergetothesmallneighbo

6、rhoodoftheslidingsurfacelastlyandthentothesmallneighborhoodoftheequilibriumpoint，andhasbetterrobustnesstoexternaldisturbances．Inordertoshowthefauh．toleranteffectivenessoftheproposedcontrollawinattitudetracking，simulationresultshavebeenpresented．Keywords：non-singularfastterminalAidingmode；actu

7、atorfault；finite—timeconvergence；attitudecontrol引言飞行器姿态控制系统对飞行器的健康运行扮演着重要的角色。在复杂的航天环境中，飞行器姿态控制系统会受到各种外部干扰力矩的作用，另一方面，飞行器长期不断地执行在轨控制操作的执行器存在老化、失效等故障。为了有效地维持控制系统的性能，姿态控制系统需要对外部干扰与执行器故障具有较强的鲁棒性，因此，设计一种容错控制方法来完成飞行器的高稳定度、高精度控制便显得尤为重要【l。2J。对于非线性系统，滑